[發(fā)明專利]一種基于超聲波振動預(yù)先掏槽的巷道掘進(jìn)高效破巖方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011573368.9
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112610223B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王旭鋒;常澤超;張東升;張煒;李翔宇;王聰;王紀(jì)堯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/10;E21C37/20;F42D3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于巷道掘進(jìn)巖石高效破碎領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲波振動預(yù)先掏槽的巷道掘進(jìn)高效破巖方法。為解決堅(jiān)硬巖石高效破碎問題，本發(fā)明提出在硬巖巷道掘進(jìn)時，利用超聲波方向性好、能量集中等優(yōu)點(diǎn)，首先采用超聲波振動設(shè)備對目標(biāo)區(qū)域巖體進(jìn)行振動沖擊，促進(jìn)其內(nèi)部裂隙迅速擴(kuò)展并快速達(dá)到破碎，實(shí)現(xiàn)預(yù)先掏槽，再結(jié)合輔助眼、周邊眼的優(yōu)化布置，實(shí)現(xiàn)巖石的高效破碎。該方法涉及的掏槽范圍與深度可通過調(diào)整超聲波的頻率與功率控制，能有效減少打眼、裝藥等工序的時間，減少空氣污染，節(jié)約炸藥，降低掘進(jìn)成本，可廣泛適用于硬巖工程中巷道的快速掘進(jìn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石高效破碎、巷道快速掘進(jìn)等工程施工領(lǐng)域，具體為一種基于超聲波振動預(yù)先掏槽的巷道掘進(jìn)高效破巖方法。

背景技術(shù)

隨著開采強(qiáng)度增大，煤礦逐步進(jìn)入深地開采，井下巖石工程施工普遍面臨硬巖破碎難、鉆進(jìn)效率低、成孔速度慢、機(jī)具與材料損耗大等問題，巖石特別是堅(jiān)硬巖石的高效破碎對施工進(jìn)度有較大影響，鑒于硬巖破碎、快速掘進(jìn)面臨的問題和要求，發(fā)明新的破巖方法顯得尤為緊迫和重要。

目前鉆爆法掘進(jìn)大多仍是采用炸藥爆破巖石進(jìn)行掏槽，掏槽時需要布置5~8個炮孔，炮眼深度一般2m~2.5m以下，且掏槽速度受炸藥利用率影響，費(fèi)時費(fèi)力，炸藥等材料消耗量很大，成本高。同時掏槽參數(shù)（比如掏槽方式、空腔尺寸、掏槽角、有無中心孔爆破）對后期的爆破效果有很大影響，掏槽區(qū)孔底附近的巖石有時無法拋出，而掏槽的效果直接影響到巷道掘進(jìn)的效率。鑒于上述實(shí)際工程情況，急需發(fā)明新的低成本、操作方便快捷可控、對圍巖穩(wěn)定性影響小的掏槽破巖方法。

超聲波以其振動頻率高、方向性好、能量集中等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于諸多工業(yè)領(lǐng)域，效果顯著，但未見超聲波被應(yīng)用于巖石工程施工中。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，硬巖的固有頻率與超聲波頻率大致接近，二者可發(fā)生共振，且高頻循環(huán)振動會弱化巖石強(qiáng)度，因此，可以把超聲波應(yīng)用于巖石工程進(jìn)行巖石破碎。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有工程技術(shù)存在的上述問題與要求，本發(fā)明要解決的問題是：針對硬巖（體）工程，發(fā)明一種快速掏槽破巖方法，提高掘進(jìn)速度，節(jié)省材料，節(jié)約成本，保障作業(yè)施工安全可靠。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明之基于超聲波振動預(yù)先掏槽的巷道掘進(jìn)高效破巖方法，主要思路為：

通過超聲波振動裝備引發(fā)目標(biāo)巖石（體）高頻振動，促進(jìn)其內(nèi)部裂隙迅速擴(kuò)展并快速破碎，實(shí)現(xiàn)快速掏槽；通過調(diào)整超聲波發(fā)生器所發(fā)出超聲波的頻率、功率和時間以及變幅桿參數(shù)與軸向附加推力控制掏槽范圍與深度；同時超聲波激勵也有利于掏槽附近區(qū)域巖體裂隙發(fā)育，強(qiáng)度降低，減少輔助眼和周邊眼的數(shù)量。

本發(fā)明之基于超聲波振動預(yù)先掏槽的巷道掘進(jìn)高效破巖方法，主要包括以下步驟：

第一步，設(shè)計(jì)劃定掏槽范圍區(qū)，同時準(zhǔn)備超聲波振動裝備；

第二步，對掏槽范圍區(qū)內(nèi)的巖石（體）進(jìn)行超聲波振動，根據(jù)需要掏槽的深度控制超聲波振動時間以及設(shè)計(jì)超聲波振動設(shè)備中變幅桿的參數(shù)，根據(jù)目標(biāo)巖石（體）的硬度調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器所發(fā)出超聲波的頻率和功率；同時，對周邊眼進(jìn)行鉆孔；

第三步，隨著振動掏槽范圍與深度增加的同時，開啟高壓水射流，利用水射流對掏槽范圍區(qū)內(nèi)的巖粉/屑進(jìn)行排出處理，同時可起到降溫和輔助掏槽的效果；

第四步，對掏槽范圍區(qū)周邊設(shè)計(jì)的輔助眼進(jìn)行鉆孔；

第五步，鉆孔結(jié)束后，裝放炸藥，對輔助眼和周邊眼進(jìn)行爆破。

其中所述的超聲波振動裝備是由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿與振動裝置組合而成。

所述的超聲波發(fā)生器輸出的超聲波信號的頻率及功率連續(xù)可調(diào)。

所述的換能器可實(shí)現(xiàn)超聲波電信號同頻轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動信號。

所述的變幅桿可按實(shí)際需要對振幅放大系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。